第十九届全国高层建筑结构学术会议伦文2006年运用平衡原理降低高层建筑地下室底板的设计造价吴时适陈孝堂(傀圳市建筑设计研究总院审田中心深圳市抽汤建筑工粗咨询有限公词618031)摘共高层建筑的地下室底板造价过高是目前设计单位、建设单位最感头痛的课皿，一个三层16m深的地下室，如果耍考虑16OW&的地下水反力，相当于s倍消防车的荷重，结构设计要做承权力和裂缝脸算，底板造价甚大。岩土部门对抗浮水位设计标高如何取值，分歧也很大。本文通过分析地下水与建筑物的作用关系，从平衡原理寻求降低地下室底板设计造价的方法。关健词:平衡原理刚性平衡区计算跨度造价一、关于平衡的基本概念为了说明地下水与建筑物的作用关系，我们先来研究货船在水中的平衡关系。图一50KN/m2图二吴时适，男.1941.1.离工，总工程师，‘广东省第一届超限离层建筑工粗执展设防审查专家委员会委员901第十九届全国高层建筑结构学术会议伦文2006年图一是一艘三层货船的示意图。当一层全空二、三层装货时，吃水5m深，底板的浮力显然就是50KN/m',底板的厚度由50KN/m'设计确定。图二是同一艘船，一层装上先前同样多的货物，吃水也是5m深，这时底板是不受力的，荷载被直接平衡了。在这里，浮力起着平衡、抵消上部货物重量的作用，不管是图一还是图二，货船都在这种平衡状态下航行。图一所示货船在装货过程中，上、中、下三层都受力、变形，货船是通过构件的变形达到与浮力平衡的。货船的侧壁与底板有两点不同，一是在浮力的作用方向，两者刚度相差悬殊;二是侧壁是底板的支座。对侧壁来说，不管船沉到什么深度，正下方以及其板内的刚性角范围，浮力都被平衡了，这种平衡与图二底板的直接平衡没有什么区别。因此，货船侧壁的设计，必须扣除正下方以及其板内的刚性角范围内被平衡了的那部分浮力，仅算底板中间部分传过来的浮力就可以了。这个观点，很多人接受不了，究其原因，是过份看重浮力的这个“力”字。严格来说，静止的水产生的浮力不能称作“力”，称作“平衡能力”会更确切些。从平衡能力或者平衡因素的角度看问题，是很容易理解的。天然地基基础的设计实际上也是利用了上述平衡原理的:无地下水时。土体独立支承上部荷重;有地下水时，水、土共同作用，这时，水起着平衡、抵消上部荷重的功能。有人将水在土中的作用理解成水、土共同“支顶”上部重量.这样的理解是不全面的，因水与土的性质不同，水是均质的浮托力，只要它起作用，必然是先期平衡、抵消一部分上部重量。比方说。上部传下来的重量是260KN/m'，如果考虑10。高的水头起作用，则减少100We上部重量，土体只承受160KN/nf。由于地下水一般都有枯水期，土体总得要考虑260KN/m'的荷重，因此，对于天然地基基础，有无地下水，设计是一样的。假设有人设计了像图三那样的一个刚、柔并存的基础图，上部荷重引起心c0100KN/roe图三的基底反力是100KN/m'，在600刚性范围内，荷载被直接平衡了，60“角以外的薄板部分，.必须通过自身的变形，将反力传回刚性区才能完成承受IOOKN/m'荷重的任务。计算基础时，刚性平衡部分已经平衡了当然就不计了，而悬挑薄板部分的反力则不能不计。的2第十九届全国高层建筑结构学术会议伦文2006年将60。角一直加大到900，不就成了图一的侧壁了吗?不防再换一种说法:图二的平衡关系可以看作是内、外荷对底板施压完成的，图一也是一种施压，只不过这种施压，荷载顺侧壁传到底板，侧壁刚度大(相当图二的直接施压)，二、三层的一部分荷重便与其下方的浮力直接平衡了，计算侧壁时，仅计算底板传过来的那部分浮力就可以了。二、建筑物与地下水的平衡关系建筑物的地下室底部，有桩、有承台、有地梁、有底板，桩及与其紧密相连的承台，竖向刚度很大，必然起直接平衡地下水浮力的作用。地梁能否直接起平衡作用，要看与板相对刚度比较的大小。如果地梁设计得仅仅比板高一两公分，或者是板内的一根暗梁，则不能考虑其直接平衡作用。除了构件相对刚度的关系之外，还要看被平衡的浮力有多大，如果浮力很小，相对刚度最小的板就有可能起直接平衡作用。《建筑地墓基础设计规范》GB5007-2002表8.1.2扩展基础(原叫刚性基础)的充许宽高比值，实质上...
